遙感數字圖像處理與分析課程教學改革探究

蘇 濤，崔杏園，趙明松

(安徽理工大學 a.空間信息與測繪工程學院； b.繼續教育學院，安徽 淮南 232001)

“互聯網+”教育響應國家倡導提出的“互聯網+”行動計劃號召，是當代中國教育發展的必然趨勢[1]。這種新型的教育模式是全國各高校在本科教育和人才培養方面面臨的一個重要課題。遙感技術已經成為當今科技發展中最具知識創新性和技術帶動能力的領域之一，是計算機科學、地球信息科學、空間技術、測繪科學與技術、環境學等多種學科的交叉領域[2]。在互聯網時代，獲取知識的途徑具有多樣性，隨著計算機處理新方法的不斷涌現，作為遙感科學與技術專業課程的遙感數字圖像處理與分析中的遙感技術圖像處理方法更新進一步加快，陳舊的圖像處理方法和教學方式已不適用于當前社會的發展和人才培養。隨著遙感影像的廣泛應用，社會迫切需要掌握最新相關知識和熟練處理遙感影像的專門人才。針對這種情況，如何調整教學內容和教學手段是當前亟需解決的重要問題之一。

1 遙感數字圖像處理與分析課程教學現狀

本課程是測繪、地信、遙感、導航、環境等專業的必修課程，是一門重視實踐性和專業性的課程[3]。傳統的課堂教學普遍存在偏重理論教學的問題，如重視數學原理、數學推導、原理分析等方面的講解，課堂教學僅限于教材內容范圍，忽視了遙感影像處理新技術和新方法的介紹，在應用方面的講授僅限于農業、森林和地質等方面的概括性簡略介紹，而沒有進行深入講解，學生的應用能力不足。在實驗教學方面，教師通常根據課堂教學進度設定若干實驗內容，學生根據實驗指導書所提供的方法、步驟和手段，利用ENVI軟件進行遙感圖像處理操作，實驗過程比較輕松，但對實際應用能力的鍛煉不足。

2 遙感數字圖像處理與分析課程教學存在的問題

2.1 教學手段單一

傳統的教學方式多采用多媒體教學，主要授課方式是教師以PPT內容作為提綱進行講解，學生被動接受專業知識，缺乏討論、探索、文獻檢索、報告展示等環節[4]。學生在課堂中由于長時間觀看PPT或觀看有關演示，通常缺少必要的課堂互動環節，導致學生對課堂興趣低、疲勞感增強、上課抬頭率低，課堂學習效果不佳。

2.2 教材內容陳舊

目前，本課程可選用的國內教材種類較多，不乏優秀精品教材，但是多數教材過分注重體系結構的完整性，部分內容陳舊，缺乏新意，新技術和新方法沒有及時編入教材，體系結構固定，一般是從定理、原理講起，比較符合學生的思維方式，優點是內容條理性和邏輯性強，但是缺乏創新性，沒有留給學生想象的空間。學生從課堂和教材中獲取的專業知識，是系統、傳統的知識，由于缺少新知識、新技術和新方法，不利于學生畢業后快速融入相關行業和崗位，對就業和工作帶來一定壓力。

2.3 實踐環節薄弱

遙感數字圖像處理與分析是一門理論與實踐相結合，對實踐具有較強依賴性的課程[5]，以本校地信和測繪專業為例，目前理論教學課時是8周32學時，實驗課時僅有8學時，同時缺少后續的數字圖像處理實踐課，可見該課程的實驗課時偏少。目前，實驗內容設計一般是根據專業軟件使用指南編寫的實驗指導書來確定[4]，缺乏創新性，沒有將最新的技術或方法體現出來，學生在8學時實驗過程中，通常比較機械地按照實驗指導書上的步驟進行實驗，缺乏主觀能動性，只是機械照搬、拷貝，對相應的知識點理解不夠，導致實驗效果不佳，沒有達到實驗課的真正目的，學生脫離了實驗環境還是不能獨立解決問題。

3 遙感數字圖像處理與分析課程教學改革策略

針對目前遙感數字圖像處理與分析課程存在的教學手段單一、教學內容陳舊和實驗環節薄弱等問題，結合高等教育新模式和課程思政要求，從以下五方面探討本門課程的教學改革方案。

3.1 教學內容的改革

在高校教材方面，本門課不僅需要從國內精品教材中選擇，還要把目光投向國外優秀教材和國際期刊、雜志、網絡資源等方向上，結合學校辦學背景，制訂教學內容。在授課內容方面，建議保留基本的原理與概念，刪去比較陳舊的內容，補充新技術、新方法和新成果等內容，教案和教學計劃建議每2～3年更新一次。例如，在遙感影像分類章節中，需要加入隨機森林、基于深度學習等的分類方法，不僅要增加有關內容，而且需要有比較詳細的講解，可減少比較成熟的分類方法的講解比重；在遙感衛星及其特點章節中，不僅要介紹各種衛星的特點，而且要補充新衛星的特點，如哨兵系列衛星、Landsat8/9以及國產高分系列衛星，使學生能夠熟悉新衛星，尤其是國產衛星，在應用方面國產遙感產品數據為首選，做到用好國產衛星產品，把國產影像產品應用于祖國的大地上。在教學各環節中引入新知識和新方法，縮小科研成果與教學內容之間的斷層，不斷優化教學內容的深度和廣度，激發學生對專業的興趣和認同感[5]。

3.2 引入課程思政教學

2016年，全國高校思想政治工作會議上強調其他各門課都要守好一段渠、種好責任田，使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協同效應[6]。課程思政是將思想政治教育寓于和融入專業課、通識課的教育實踐活動中[7]。高校中，80%以上是專業教師，80%以上是專業課，課程思政專業教師是主力軍，專業課的課堂是主渠道。因此，課堂教學是高校思政教育的主要途徑之一。作為地信和測繪必修課的遙感數字圖像處理與分析課程，在以往的教學過程中通常只是重視學生理論和基本技能的培養，忽略了學生的人生觀和價值觀等思政方面的教育。鑒于此，在本課程的教學過程中，要做到有的放矢，針對不同的授課內容將思政教育自然融入到課程教學中。結合本課程內容與特點，大致可采用課堂內容滲透法、專題案例和討論法等多種教學方法和手段進行課程思政教學。

3.2.1 課堂內容滲透法

課堂內容滲透法是在授課過程中，在適當的關節點上加入思政內容。例如，在講解遙感衛星及其運行特點的國產高分系列衛星時，引入“五愛教育”等思政內容；在講解遙感影像目視解譯和計算機分類中的原則、方法和規范時，引入職業理想和道德教育，列舉有關學術道德方面的例子，特別強調在今后的論文寫作過程中禁止出現學術不端的現象；在講解遙感應用中的城市或土地利用變化時，適當引入綠水青山就是金山銀山，強調環境保護的重要性和遵紀守法方面的教育內容。

3.2.2 專題案例

專題案例是在授課過程中，根據有關內容安排專題案例進行思政教育。例如，在講解城市熱島和燈光數據時，可開展遙感監測新冠肺炎疫情期間復工復產情況專題，引入我國對待抗擊疫情的態度和價值觀，對學生進行愛國和民族自豪感教育。

3.2.3 討論法

討論法是在已經設計的課程思政環節中，開展思政教育討論。例如，在講授遙感技術的發展歷史與展望部分，可針對我國遙感發展史進行討論，通過討論學習大國工匠精神，使學生對待學習和工作要具有精益求精、一絲不茍的態度。

3.3 教學方式的改革

在多媒體授課過程中，采用PPT、圖片和視頻等教學方式，可大大提高授課效率與速度，但是教師會產生一定的依賴性，逐漸減少板書量，導致部分教師授課完全依賴多媒體教學。對于不同學科的教學，在使用多媒體的時間方面是有區別的，建議對于數學和物理等一些具有很強理論推導的課程教學中，應充分利用板書進行計算或推演，這樣學生才能跟隨板書思路連續地進行思考和學習。對于遙感數字圖像處理與分析課程，其中反演模型的建立和一些算法推導，需要通過板書進行授課，這部分若使用PPT進行教學可能會導致學生的推導思路斷續，影響教學質量，對于衛星的介紹和遙感應用等部分內容可進行板書與多媒體相結合的方式進行授課，多媒體教學可以圖文并茂地展示遙感的魅力，激發學生的興趣和能動性。在授課過程中，需要增加教師與學生的互動環節，教師可以采用點名提問、上臺演算推導、現場操作等教學方法激發學生的能動性和積極性。例如，對于遙感影像分類這部分內容，教師先講解有關監督分類和非監督分類的原理部分，然后以分類結果的差異性作為專題，讓學生進行分組討論如何提高圖像的分類精度，圍繞這個專題，學生可以各抒己見，從樣本的選取、原理算法和光譜特征曲線等方面進行討論，加強學生對影像分類的認識，理解提高分類精度的方法。教師可根據授課的內容要求，改進教學方案設計，授課中經常運用互動類的教學模式，能夠提高學生的主動性和參與性，活躍課堂氣氛達到提高教學效果的目的。在課堂教學中，教師可針對不同的授課內容，將學生分為若干小組，布置課前預習的內容和問題，課堂的前半節課每組學生根據課前預習內容和問題進行講解，后半節課學生針對問題進行討論，教師可適當講解和補充，通過這種教學方式能夠充分激發學生的主觀能動性，培養學生解決問題和分析問題的能力，使學生進一步加深對有關概念和方法的理解。

3.4 實驗教學的改革

遙感數字圖像處理與分析課程是一門對實踐具有較強依賴性的課程[5]，因此在設計實驗課內容時，需要注重實用性和應用性環節。例如，在實驗課中增加如何網上下載需要的遙感影像專題，能夠培養學生獨立通過網上查詢、注冊、軌道號輸入等步驟獲得指定區域的遙感影像，提高了實驗課的參與性，增強了學生的學習興趣以及下載成功后的成就感，再配合原有的遙感影像預處理、圖像增強和圖像拼接等實驗環節，學生可以掌握遙感影像生產的一般流程，能夠為應用提供可靠的數據源。在實驗課教學方法方面，通過開展實驗操作演示、分組討論、結果找錯等環節，能夠進一步培養學生的主動性、思考性和動手能力，強化課堂學習中的知識和內容，實現教學與實踐相結合的目的。

3.5 考核方式的改革

應進一步修改與完善高校課程考核標準，降低期末考試成績在總成績中的占例，增加過程性考核，使學生重視平時出勤、作業和實驗等環節，使學生評價方式多元化。例如，將平時成績的比例增加至50%或60%，評價內容包括出勤率、作業、實驗成績，其中實驗成績應占較大比例，突出實驗的重要性。

4 結語

遙感數字圖像處理與分析課程是一門多學科融合和交叉的課程，對實踐具有較強依賴性，遙感技術已經成為我國地理空間信息產業的重要組成部分，對學生遙感影像圖像處理技能的培養具有一定的現實意義[2]。結合自身教學實踐，針對該課程存在的問題，從教材選取、教學內容、教學方式和實驗教學等方面進行了分析，提出了解決方案，實驗教學環節已經開始實施并取得了較好的效果，大部分學生通過實驗環節掌握了遙感圖像處理的獲取、預處理和粗加工等基本流程。在今后的教學實踐過程中，應采用先進的教學方法，結合互聯網技術，改進不足之處，進一步提高教學質量。